Imageamento Elétrico 3D em área contaminada por hidrocarbonetono polo industrial de Cubatão - SP.

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IMAGEAMENTO EL´ETRICO 3D EM ´AREA CONTAMINADA POR HIDROCARBONETO

NO POLO INDUSTRIAL DE CUBAT ˜AO – SP

Marcus Paulus Martins Baessa

_{, Andresa Oliva}

_{e Chang Hung Kiang}

Recebido em 8 janeiro, 2008 / Aceito em 29 novembro, 2009 Received on January 8, 2008 / Accepted on November 29, 2009

ABSTRACT.This work presents the results of geophysical surveys performed over an oil contaminated site in the Polo Industrial de Cubat˜ao – S˜ao Paulo. The aim is to characterize geoelectrical signatures associated to hydrocarbon presence in order to delimit and calculate the volume of the contaminated area. For this study were used Vertical Electrical Sounding (VES) and 3D Electrical Imaging for characterization of geology and geoelectrical response of the contaminant. The results showed that the hydrocarbon presence is associated to conductive anomalies due to products from biodegradation. The conductive anomalies are disseminated over the area, totalizing 1365.3 m3

volume. This volume, however, corresponds only to the residual phase contaminants, since it was not possible to map free-phase hydrocarbons.

Keywords: applied geophysics, 3D Electrical Imaging, hydrocarbon biodegradation, conductive anomalies.

RESUMO.Este trabalho mostra os resultados obtidos com ensaios geof´ısicos realizados em uma ´area contaminada por hidrocarboneto no Polo Industrial de Cubat˜ao – S˜ao Paulo, com objetivo de caracterizar as anomalias geoel´etricas associadas `a presenc¸a dos hidrocarbonetos, bem como delimitar e cubar tais anomalias. Para tanto, utilizou-se o m´etodo da eletrorresistividade, por meio das t´ecnicas de Sondagem El´etrica Vertical (SEV) e Imageamento El´etrico 3D. Os resultados obtidos permitem indicar que a presenc¸a de hidrocarboneto est´a associada a anomalias condutivas devido aos produtos da biodegradac¸˜ao. As anomalias condutivas ocorrem de forma disseminada na ´area, totalizando um volume de 1365,3 m3; entretanto, este volume corresponde somente `a presenc¸a de contaminante em fase residual.

Palavras-chave: geof´ısica aplicada, Imageamento El´etrico 3D, biodegradac¸˜ao de hidrocarbonetos, anomalias condutivas.

1Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Am´erico Miguez de Mello, CENPES, Av. Hor´acio Macedo, 950, Cidade Universit´aria, Ilha do Fund˜ao, 21941-915 Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Tel.: (21) 3865-6662; Fax: (21) 3865-6973 – E-mail: marcus.baessa@petrobras.br

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INTRODUC¸ ˜AO

No Brasil, e principalmente em S˜ao Paulo, devido `as ativida-des do Polo Industrial de Cubat˜ao, a conscientizac¸˜ao da so-ciedade pelos problemas ambientais teve in´ıcio nas d´ecadas de 70 e 80, com a criac¸˜ao da Companhia Ambiental do Estado de S˜ao Paulo (CETESB), em 1976, e o estabelecimento do “Pro-grama Cubat˜ao de Fontes Poluidoras”, em 1983. Este pro“Pro-grama foi realizado com apoio do Banco Interamericano de Desenvol-vimento (BIRD), visando `a reduc¸˜ao do controle de emiss˜oes e ao estudo das principais fontes contaminantes no Polo Industrial de Cubat˜ao.

Desde o lanc¸amento do Manual de Gerenciamento de ´Areas Contaminadas e o Relat´orio de Estabelecimento de Valores Orien-tadores para Solo e ´Agua Subterrˆanea no Estado de S˜ao Paulo pela CETESB, em 2001, os ´org˜aos ambientais vˆem solicitando que as empresas realizem investigac¸˜oes ambientais em suas ´areas de instalac¸˜ao, visando diagnosticar a presenc¸a ou n˜ao de conta-minantes no solo e nas ´aguas subterrˆaneas.

Devido aos altos custos dos m´etodos diretos, principal-mente das an´alises qu´ımicas, cada vez mais vˆem sendo aplicados m´etodos indiretos de investigac¸˜ao, principalmente os m´etodos de eletrorresistividade e GPR (Ground Penetration Radar) para esse tipo de diagn´ostico. Os resultados da interpretac¸˜ao dos da-dos geof´ısicos, associada-dos ao conceitual preliminar e aos dada-dos hist´oricos da ´area, podem direcionar as etapas de instalac¸˜ao de poc¸os de monitoramento e amostragem de solo, minimizando os trabalhos de investigac¸˜ao direta e, consequentemente, os custos. Para investigac¸˜ao da ´area contaminada situada no Polo In-dustrial de Cubat˜ao, al´em da identificac¸˜ao de poc¸os de moni-toramento com presenc¸a de fase livre, foi utilizado o m´etodo da eletrorresistividade, por meio das t´ecnicas de Sondagem El´etrica Vertical (SEV) e de Imageamento El´etrico 3D.

A execuc¸˜ao das SEVs prestou-se `a identificac¸˜ao da varia-c¸˜ao vertical de resistividade, gerando um modelo geoel´etrico da ´area, e `a an´alise da resposta geoel´etrica do contaminante. Poste-riormente, com base nos resultados das SEVs, utilizou-se o mo-delo “geoel´etrico condutivo de pluma delight non-aqueous phase liquids(LNAPLs)”, estabelecido por Sauck (2000), para delimitar e cubar as anomalias por meio do Imageamento El´etrico 3D.

CARACTERIZAC¸ ˜AO DA ´AREA DE ESTUDO

O estudo foi realizado em uma ´area situada no Polo Industrial de Cubat˜ao, instalado na porc¸˜ao norte do munic´ıpio de Cubat˜ao, na regi˜ao sudeste do Estado de S˜ao Paulo, e dista 68 km da capital do Estado (Fig. 1).

O Polo Industrial de Cubat˜ao est´a situado em regi˜ao que compreende um relevo de transic¸˜ao entre o Planalto Atlˆantico e a Baixada Santista, representados respectivamente pela Serra de Cubat˜ao e por uma plan´ıcie com complexa rede de drenagens da bacia hidrogr´afica do Rio Cubat˜ao (Augusto Filho et al., 1988).

Quanto ao contexto geol´ogico da regi˜ao onde se encontra o Polo Industrial de Cubat˜ao, ´e caracterizado basicamente por:

• Complexo Costeiro – constitu´ıdo por migmatitos,

ses gran´ıticos porfirobl´asticos, biotita-gnaisses e gnais-ses peraluminosos (Rodriguez, 1998), que comp˜oem a regi˜ao serrana;

• Plan´ıcie Costeira de Santos – formada essencialmente

por dep´ositos quatern´arios marinhos ou fl´uvio-lagunares, sotopostos a dep´ositos de mangues e aluvi˜oes atuais (FUNDUNESP, 2000);

• Dep´ositos Detr´ıticos de Encosta (Debris Flows) – cons-titu´ıdos por lama, areia, seixos e blocos provenientes do intenso e longo processo de eros˜ao diferencial que acu-mulou, ao longo do tempo, grandes volumes de detritos nas encostas e no sop´e da Serra do Mar (FUNDUNESP, 2000).

Com base em perfis de sondagens, pode-se dizer que a cons-tituic¸˜ao da ´area ´e heterogˆenea, sendo composta por uma camada superior de aterro, em grande parte da ´area. Esta camada se so-brep˜oe a sedimentos fluviais, compostos por dep´ositos areno-argilosos, com seixos de tamanhos variados, e silto-areno-argilosos, t´ıpicos de plan´ıcie de inundac¸˜ao (Baessa, 2007).

METODOLOGIA

Com o intuito de analisar as variac¸˜oes verticais da resistividade, caracter´ısticas hidrogeol´ogicas e litol´ogicas, e, principalmente, a resposta geoel´etrica do meio contaminado por hidrocarboneto, foi utilizado o m´etodo da eletrorresistividade, aplicando-se as t´ecnicas de SEV e Imageamento El´etrico 3D. O aparelho utilizado

nos levantamentos de campo foi um resistiv´ımetro ModeloSuper

Sting R8/IP + 28, da empresa Advanced Geoscience Inc. (USA). No Imageamento El´etrico 3D utilizou-se o sistema multieletrodo com 56 eletrodos.

Para o levantamento geof´ısico com a t´ecnica de SEV foi

uti-lizado o arranjoSchlumberger, com espac¸amento m´aximo AB/2

Figura 1– Planta de localizac¸˜ao da ´area de estudo.

Dois desses eletrodos (A e B) tˆem a func¸˜ao de gerar corrente el´etrica no terreno, enquanto o outro par ´e utilizado para medir a diferenc¸a de potencial que se estabelece entre eles (eletrodos M e N). Para aumentar a profundidade de investigac¸˜ao, separam-se os eletrodos A e B progressivamente e simetricamente ao centro O (Fig. 2). Este arranjo foi escolhido levando-se em considerac¸˜ao dois aspectos: a praticidade em campo e a boa resoluc¸˜ao nas heterogeneidades verticais (Braga, 2006).

Os dados de resistividade aparente obtidos no campo foram representados por meio de uma curva bilogar´ıtmica (resistividade

×AB/2), da qual se obteve um modelo geoel´etrico inicial. A partir

deste modelo procedeu-se `a invers˜ao dos dados de resistividade aparente, com base no m´etodo dos m´ınimos quadrados simples (Inman, 1975), utilizando-se osoftware EarthImager 1D, vers˜ao 1.0.1 (2006), da Advanced Geoscience Inc. (USA).

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A V

Figura 2– Esquema de campo para o arranjoSchlumberger(Braga, 2006).

multieletrodo e este a uma unidade eletrˆonica (switch box) e ao resistiv´ımetro (Fig. 3).

Figura 3– Esquema de aquisic¸˜ao de imageamento 3D.

Para a aquisic¸˜ao de dados, gerou-se um arquivo com o tipo de arranjo, espac¸amento dos eletrodos, sequˆencia de medidas e outros parˆametros em um programa computacional apropriado,

utilizado no campo. O software de aquisic¸˜ao de dados analisa

este arquivo gerado e verifica automaticamente o contato dos ele-trodos antes de iniciar a leitura.

O espac¸amento entre os eletrodos na aquisic¸˜ao 3D foi de 5 m, totalizando uma ´area de 1950 m2_{e investigando} profundi-dade de aproximadamente 13 m. Na aquisic¸˜ao de campo utilizou-se a t´ecnica deroll-along e o arranjo Dipolo-Dipolo, escolhido devido `a boa resoluc¸˜ao horizontal e `a boa cobertura dos dados.

De acordo com Gandolfo & Gallas (2005), um ensaio 3D com 25 eletrodos, sem a utilizac¸˜ao de um sistema multieletrodo automatizado, despende aproximadamente 3,5 horas, enquanto neste trabalho, com 112 eletrodos, despendeu-se aproximada-mente 1 hora.

Para o processamento dos dados foi utilizado o programa

EarthImager 3D, vers˜ao 1.3.5 (2006), produzido pela Advanced Geoscience Inc. (USA). Inicialmente procedeu-se uma filtragem dos dados, com o objetivo de remover as leituras anˆomalas de resistividade aparente da pseudosec¸˜ao, considerando-se a geo-logia local e as poss´ıveis contaminac¸˜oes.

Ap´os a filtragem iniciou-se o processo de invers˜ao que utili-zou soluc¸˜oes obtidas por meio de equac¸˜oes diferenciais,

vincula-das ao m´etodo de invers˜ao conhecido como “smoothness

cons-trained” ou “Occam’s inversion”, que tem a func¸˜ao de gerar um modelo suavizado a partir do ajuste dos dados de campo.

A Figura 4 ilustra a localizac¸˜ao do levantamento geof´ısico e dos poc¸os de monitoramento existentes na ´area de estudo. Foram executadas 4 SEVs e 1 Imageamento El´etrico 3D.

DISCUSS ˜AO DOS RESULTADOS

A partir da an´alise morfol´ogica das curvas de campo e da in-vers˜ao dos dados, gerou-se um modelo geoel´etrico final da ´area (Tab. 1), caracterizado por duas zonas: n˜ao-saturada, referente `a porc¸˜ao localizada acima do n´ıvel d’´agua, e saturada, referindo-se `a porc¸˜ao localizada abaixo do n´ıvel d’´agua, na qual o substrato geol´ogico encontra-se totalmente saturado.

con-Figura 4– Planta de localizac¸˜ao dos ensaios geof´ısicos (SEVs e Imageamento El´etrico 3D) e dos poc¸os de monitoramento.

dutivas associadas `a contaminac¸˜ao por hidrocarboneto, uma vez que as SEVs 14 e 19, que foram executadas ao lado dos poc¸os PM-32 e 23 que possuem fase livre, apresentaram anomalias condutivas com valores de resistividade inferiores ou iguais a 30 ohm.m.

Vale notar que, tanto os valores de resistividade quanto es-pessura destas anomalias condutivas n˜ao correspondem `a fase livre propriamente dita, mas aos subprodutos das reac¸˜oes de oxi-reduc¸˜ao e da biodegradac¸˜ao do hidrocarboneto aprisionado nos poros do sedimento, logo acima da fase livre, devido ao movimento ascendente e descendente do n´ıvel d’´agua (NA). Este movimento em aqu´ıferos livres est´a diretamente relacionado `a precipitac¸˜ao pluviom´etrica e cria ´otimas condic¸˜oes para ac¸˜ao microbiol´ogica aer´obica, devido `a entrada ocasional de oxigˆenio carreado pela ´agua de chuvas. A colonizac¸˜ao das bact´erias pro-vavelmente ocorre nos substratos s´olidos, no contato entre o hidrocarboneto e o poro aerado, e n˜ao dentro da fase livre, o qual geralmente ´e t´oxico para as bact´erias.

Para a zona saturada, os diferentes n´ıveis geoel´etricos obti-dos foram agrupaobti-dos em termos de litologia. A partir da correla-c¸˜ao dos n´ıveis geoel´etricos com a geologia local, identificaram-se as identificaram-seguintes eletrof´acies predominantes: argilosa; argilo-arenosa; areno-argilosa e arenosa (Tab. 1).

Com intuito de abranger uma ´area maior, para identificar as eletrof´acies e cubar as anomalias condutivas associadas `a presenc¸a de contaminantes oriundos de vazamentos em tanques de benzeno e xileno ocorridos na d´ecada de 90, foi realizado o Imageamento El´etrico 3D. No entanto, n˜ao foi poss´ıvel a

cober-tura/imageamento de toda a ´area onde os tanques estavam dis-postos, devido `a existˆencia de interferentes locais, ou seja, a presenc¸a de uma espessa base de concreto onde os tanques es-tavam dispostos. (Fig. 4).

Tabela 1– Modelo geoel´etrico final na ´area de estudo.

Zona Eletrof´acies Resistividade (ohm.m)

N˜ao-saturada Sedimentos superficiais 7,5 a 350,0

Saturada

Argilosa ρ≤30

Argilo-Arenosa 31< ρ <40

Areno-Argilosa 41< ρ <60

Arenosa 61< ρ <300

Os altos valores de resistividade (>300 ohm.m) presentes nas eletrof´acies arenosas, observados nas Figuras 5a e 5b, est˜ao relacionados ao aterro com presenc¸a de blocos ou restos de construc¸˜oes, como fundac¸˜oes que existiam na ´area, enquanto que os valores menores ou iguais a 30 ohm.m relacionam-se a porc¸˜oes sob intensa biodegradac¸˜ao de hidrocarbonetos. Estes resultados foram confirmados a partir dos dados obtidos por meio de sondagens mecˆanicas.

As anomalias condutivas presentes na ´area ficam evidencia-das na Figura 5c, onde pode-se visualizar sua distribuic¸˜ao espa-cial, que ocorre de forma disseminada na ´area, sem continuidade lateral. O volume total das anomalias condutivas na ´area estudada ´e de 1365,3 m3_.

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Figura 5– Resultados do imageamento 3D. (a) Bloco do Imageamento El´etrico 3D; (b) slices vertical e horizontal e (c) delimitac¸˜ao das anomalias condutivas.

Na zona saturada, a partir de 6 m de profundidade, predomi-nam valores de resistividade caracter´ısticos da eletrof´acies are-nosa; por´em, ´e poss´ıvel observar valores referentes `a eletrof´acies areno-argilosa, mas que podem refletir a influˆencia de s´olidos to-tais dissolvidos, oriundos da biodegradac¸˜ao dos hidrocarbonetos detectados por meio das anomalias condutivas (Fig. 7).

Os resultados obtidos corroboram o modelo geoel´etrico

con-dutivo de pluma de LNAPLs (light non-aqueous phase liquids)

desenvolvido por Sauck (2000), sendo apoiado por diversos es-tudos em laborat´orio e em campo (Atekwana et al., 2000, 2001, 2004a, 2004b; Cassidy et al., 2001; Legall, 2002; Werkema Jr, 2002; Abdel Aal et al., 2003, 2006; Shevnin et al., 2003, 2006; Werkema Jr et al., 2003, 2006; Davis et al., 2006), tendo sido poss´ıvel verificar correlac¸˜ao entre as anomalias geof´ısicas con-dutivas e as ´areas impactadas por hidrocarboneto.

CONCLUS ˜OES

Os resultados obtidos pelas SEVs, associados aos dados de poc¸os de monitoramento com presenc¸a de fase livre, permiti-ram concluir que as anomalias geoel´etricas associadas `a conta-minac¸˜ao por hidrocarboneto s˜ao condutivas.

Tendo em vista que o hidrocarboneto apresenta alta resisti-vidade el´etrica, (∼104a 105ohm.m) (Werkema Jr, 2002; Brad-ford, 2003), a passagem do car´ater de resistivo para condutivo, deve-se aos produtos gerados pela biodegradac¸˜ao, j´a que os mi-croorganismos capazes de degradar os hidrocarbonetos impreg-nados nos sedimentos atuam de forma intensa, ocasionando au-mento da condutividade do meio pela produc¸˜ao de biofilmes e surfactantes, al´em de ´acidos orgˆanicos. Esta reduc¸˜ao da condu-tividade ocorre principalmente logo acima do n´ıvel d’´agua sub-terrˆaneo (NA), onde a espessura de hidrocarboneto (fase livre) ´e movimentada pela variac¸˜ao do NA. Por conseguinte, o hidrocar-boneto permanece aprisionado nos poros dos sedimentos logo acima deste n´ıvel.

Com base nos resultados do imageamento 3D, verifica-se que a anomalia condutiva associada `a contaminac¸˜ao ocorre de forma disseminada na ´area, sem continuidade lateral, totalizando vo-lume de 1365,3 m3_.

AGRADECIMENTOS

particu-Figura 6– Mapas de resistividades da zona n˜ao-saturada, obtidos por meio do Imageamento El´etrico 3D.

larmente `a Gerˆencia de Biotecnologia e Tratamentos Ambientais do CENPES/PETROBRAS, por prover recursos financeiros para a execuc¸˜ao deste trabalho e ao Laborat´orio de Estudo de Bacias – IGCE/UNESP – Rio Claro, pelo apoio t´ecnico e por ceder os equi-pamentos de geof´ısica necess´arios para a realizac¸˜ao dos ensaios.

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NOTAS SOBRE OS AUTORES

Marcus Paulus Martins Baessa.Bacharel em Geologia pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), em 2001; Mestre em Geociˆencias e Meio Ambiente pela Universidade Estadual Paulista (UNESP), em 2007. Atualmente exerce a func¸˜ao de Geof´ısico Pleno na Gerˆencia de Biotecnologia e Tratamentos Ambientais do Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Am´erico Miguez de Mello (CENPES), Petr´oleo Brasileiro S.A. (PETROBRAS). ´Areas de interesse: Geof´ısica aplicada a estudos ambientais e hidrogeologia, diagn´ostico e remediac¸˜ao de ´areas impactadas e hidrogeoqu´ımica.

Andresa Oliva. Bacharel em Geologia pelo Instituto de Geociˆencias e Ciˆencias Exatas (IGCE) da Universidade Estadual Paulista (UNESP) em 1999. Mestre em Geociˆencias e Meio Ambiente pela UNESP em 2002. Doutora na ´area de Geociˆencias e Meio Ambiente pela UNESP em 2006, com aplicac¸˜ao de m´etodos geo-f´ısicos `a hidrogeologia. Atualmente exerce a func¸˜ao Pesquisadora no Laborat´orio de Estudos de Bacias – LEBAC. ´Areas de interesse: Geof´ısica aplicada a estudos ambientais e hidrogeologia.